Khám phá lý thuyết và bài tập về hình ảnh vật khi phản chiếu qua gương phẳng

1. Lý thuyết về hình ảnh của vật khi phản chiếu qua gương phẳng

Khi chúng ta nhìn vào gương, chúng ta thấy hình ảnh của chính mình. Tương tự, khi các vật thể phản chiếu qua gương, hình ảnh của chúng sẽ xuất hiện trên gương. Hình ảnh của bạn hoặc vật thể trong gương chính là hình ảnh của vật qua gương phẳng.

Dựa vào thí nghiệm như hình dưới đây, chúng ta có thể xác định một số đặc điểm của hình ảnh vật khi phản chiếu qua gương phẳng:

Các dụng cụ cần chuẩn bị cho thí nghiệm bao gồm: một tấm kính, một gương phẳng, một màn chắn, hai viên phấn, thước đo, giá đỡ, và một tấm bìa hình tam giác.

Thực hiện thí nghiệm:

Đầu tiên, đặt gương phẳng đứng trên mặt phẳng ngang, sau đó đặt một viên phấn trước gương với khoảng cách nhất định và đưa tấm bìa dùng làm màn chắn ra sau gương. Khi quan sát, bạn sẽ thấy hình ảnh của viên phấn do gương phẳng tạo ra không hiện rõ trên màn chắn.

Tiếp theo, thay gương phẳng bằng một tấm kính trong suốt. Sử dụng viên phấn thứ hai giống như viên phấn đầu tiên, đặt sau tấm kính để kiểm tra dự đoán về kích thước của ảnh. Từ thí nghiệm này, bạn sẽ đo được kích thước của ảnh tạo bởi gương phẳng bằng kích thước của vật.

Sau đó, vẽ đường thẳng MN để đánh dấu vị trí của gương. Điểm A là đỉnh của miếng bìa tam giác, còn A' là ảnh của nó. Dùng bút chì để đánh dấu điểm A'. Kết quả đo cho thấy AA' vuông góc với MN và A, A' cách đều MN.

Cuối cùng, dựa vào hình dưới đây, vẽ điểm sáng S (nguồn sáng nhỏ) trước gương phẳng và vẽ hai tia sáng từ S đến gương.

+ Vẽ ảnh S' của nguồn sáng S qua gương phẳng: vì S và S' đối xứng nhau qua gương, nên từ S vẽ một đường thẳng vuông góc với mặt phẳng gương để xác định S' sao cho S' đối xứng với S.

+ Vẽ tia phản xạ: tia phản xạ luôn kéo dài qua ảnh S' của nguồn sáng S qua gương. Đối với tia tới SI, nối S'I và vẽ tia đối của tia IS' để có tia phản xạ IR. Tương tự, với tia tới SK, nối S'K và vẽ tia đối của tia KS' để có tia phản xạ KM.

+ Mắt ta nhìn thấy S' qua các tia phản xạ, như thể chúng đi thẳng từ S' tới mắt. Do đó, để thấy được S', mắt cần đặt ở vị trí nơi các tia phản xạ hội tụ như trong hình vẽ.

+ Không thể thu được hình ảnh S' trên màn chắn vì chỉ có đường kéo dài của các tia phản xạ gặp nhau tại S' mà không có ánh sáng thực đến S'.

Từ thí nghiệm trên, ta rút ra một số kết luận về tính chất của ảnh được tạo bởi gương phẳng, cụ thể như sau:

Trước tiên, ảnh ảo do gương phẳng tạo ra không thể hiện trên màn chắn và có kích thước bằng kích thước của vật.

Thứ hai, khoảng cách từ một điểm trên vật đến gương phẳng tương đương với khoảng cách từ ảnh của điểm đó đến gương.

Thứ ba, các tia sáng từ điểm sáng S tới gương phẳng khi phản xạ sẽ có đường kéo dài qua ảnh ảo S'.

2. Các dạng bài tập về hình ảnh của vật qua gương phẳng

Dạng 1: Vẽ hình ảnh của vật do gương phẳng tạo ra

Để vẽ hình ảnh của vật qua gương phẳng, ta cần vẽ hình ảnh của các điểm đặc biệt trên vật, sau đó nối các điểm ảnh đó lại, cuối cùng ta sẽ có được hình ảnh của vật.

Để giải quyết dạng bài này, chúng ta cần áp dụng những kiến thức sau đây:

Thứ nhất, định luật phản xạ ánh sáng: 'Phản xạ ánh sáng xảy ra khi một tia sáng chiếu vào gương và bị gương phản chiếu trở lại môi trường ban đầu.'

Cụ thể là:

SI: Tia tới; IR: Tia phản xạ; IN: Tiếp tuyến

Theo hình vẽ, tia phản xạ nằm trong mặt phẳng chứa tia tới và đường pháp tuyến của gương tại điểm chiếu; đồng thời, góc phản xạ bằng góc tới (i = i').

Thứ hai, đặc điểm của hình ảnh tạo bởi gương phẳng:

+ Hình ảnh ảo do gương phẳng tạo ra không thể hiện trên màn chắn và có kích thước tương đương với kích thước của vật.

+ Khoảng cách giữa một điểm trên vật và gương phẳng tương đương với khoảng cách từ ảnh của điểm đó đến gương.

+ Các tia sáng từ điểm S chiếu tới gương phẳng sẽ có tia phản xạ kéo dài qua ảnh ảo S'.

Cụ thể, có hai phương pháp để vẽ hình ảnh của vật qua gương phẳng:

Phương pháp 1: Áp dụng định luật phản xạ ánh sáng

Bước 1: Từ điểm S vẽ hai tia tới tùy ý đến gương phẳng bằng đường nét liền.

Bước 2: Áp dụng định luật phản xạ ánh sáng để vẽ các tia phản xạ bằng đường nét liền.

Bước 3: Kéo dài các tia phản xạ bằng đường nét đứt.

Bước 4: Xác định ảnh ảo S' - điểm giao của các đường kéo dài từ các bước trước.

Phương pháp 2: Dựa vào tính chất của ảnh qua gương phẳng

Ảnh của một vật là tập hợp của tất cả các ảnh điểm trên vật đó. Khi vẽ ảnh của vật qua gương phẳng, ta cần xác định ảnh đối xứng của vật qua gương phẳng.

Dạng 2: Tính khoảng cách từ vật đến ảnh qua gương phẳng

Đối với dạng bài này, cần áp dụng tính chất của ảnh qua gương phẳng: Khoảng cách từ một điểm của vật đến gương bằng khoảng cách từ ảnh của điểm đó đến gương. Do đó, khoảng cách từ vật đến ảnh gấp đôi khoảng cách từ vật đến gương.

3. Bài tập ôn luyện

Bài 1: Đối với ảnh của một vật tạo bởi gương phẳng, phát biểu nào dưới đây là chính xác?

A. Có thể hứng trên màn và kích thước bằng vật

B. Không thể hứng trên màn và kích thước nhỏ hơn vật

C. Không thể hứng trên màn và kích thước bằng vật

D. Có thể hứng trên màn và kích thước lớn hơn vật

=> Đáp án: C. Vì theo đặc tính của ảnh được tạo bởi gương phẳng, ảnh là ảo, không thể hứng trên màn và có kích thước bằng vật.

Bài 2: Đặc điểm nào sau đây không phải là tính chất của ảnh được tạo bởi gương phẳng?

A. Có thể hứng trên màn và kích thước bằng vật

B. Không thể hứng trên màn

C. Không thể hứng trên màn và kích thước bằng vật

D. Khoảng cách từ gương đến ảnh bằng khoảng cách từ vật đến gương

=> Đáp án: A. Vì ảnh của vật tạo bởi gương phẳng có đặc điểm là có thể hứng trên màn và có kích thước giống như vật.

Bài 3: Một điểm sáng S đặt cách gương phẳng một khoảng d tạo ra ảnh S' cách gương một khoảng d'. So sánh d và d'?

A. d = d'

B. d > d'

C. d < d'

D. Không thể so sánh vì ảnh là ảnh ảo, còn vật là vật thật

=> Đáp án: A. Khoảng cách từ một điểm trên vật đến gương phẳng bằng khoảng cách từ ảnh của điểm đó đến gương, nên d = d'.

Bài 4: Một điểm sáng S đặt cách gương phẳng 5cm

1. Vẽ ảnh của S tạo bởi gương theo hai phương pháp: sử dụng tính chất của ảnh tạo bởi gương phẳng và áp dụng định luật phản xạ ánh sáng.

2. Ảnh vẽ bằng hai phương pháp có trùng khớp không?

Giải:

1. Vẽ ảnh của S theo hai phương pháp:

Phương pháp 1: Sử dụng tính chất của ảnh tạo bởi gương phẳng

Ảnh S' và S sẽ đối xứng qua mặt gương. Để vẽ ảnh S', từ điểm S, vẽ tia SH vuông góc với mặt gương tại H; trên tia đối diện với HS, chọn điểm S' sao cho S'H = SH, thì S' chính là ảnh của S qua gương.

Phương pháp 2: Áp dụng định luật phản xạ ánh sáng

Trước tiên, vẽ hai tia tới SI và SK cùng với các pháp tuyến IN1 và KN2.

Tiếp theo, vẽ hai tia phản xạ IR và KR' dựa vào quy tắc góc tới bằng góc phản xạ.

Cuối cùng, kéo dài hai tia phản xạ IR và KR' cho đến khi chúng giao nhau tại điểm S' giống như phương pháp 1.

2. Các ảnh vẽ theo hai phương pháp trên hoàn toàn trùng khớp.

Bài 5: Một vật sáng AB đặt trước gương phẳng như hình minh họa. Góc giữa vật và mặt gương là 60°. Hãy vẽ ảnh của vật do gương phẳng tạo ra và xác định góc giữa ảnh và mặt gương.

Giải:

Do ảnh và vật đối xứng qua gương, để xác định ảnh của vật AB, thực hiện các bước sau:

+ Tìm ảnh A' của A bằng cách dựng đường vuông góc AH từ A đến gương, sau đó trên tia đối của tia HA, chọn điểm A' sao cho A'H = HA. Đây chính là ảnh A' của A qua gương.

Tương tự, xác định ảnh B' của B qua gương.

+ Kết nối A' và B' để có ảnh A'B' của AB qua gương (vẽ bằng nét đứt).

Bài 6: Một điểm sáng S đặt trước gương phẳng

a) Vẽ ảnh S' của S theo nguyên tắc ảnh qua gương.

b) Vẽ tia tới SI sao cho tia phản xạ đi qua điểm A trước gương (như trong hình dưới đây).

Giải:

a) Vẽ ảnh S' của S sao cho đoạn SS' vuông góc với gương tại điểm H và đảm bảo SH = S'H như hình dưới đây.

b) Kéo dài các tia phản xạ để chúng gặp nhau tại ảnh S'. Tiếp theo, vẽ S'A cắt gương tại I, SI là tia tới để tia phản xạ IR đi qua điểm A.

Bài 7: Một vật được đặt cách gương phẳng 1,5m. Sau khi di chuyển gần gương 0,5m, tính khoảng cách từ vật đến ảnh của nó qua gương.

Giải:

Khi vật di chuyển gần gương thêm 0,5m, khoảng cách mới từ vật đến gương là: 1,5 - 0,5 = 1m.

Khoảng cách từ vật đến ảnh của nó qua gương phẳng là: 1 x 2 = 2 (m).

Do đó, khoảng cách từ vật đến ảnh của nó qua gương phẳng là 2m.

Nội dung bài viết về 'Lý thuyết và bài tập về ảnh của vật qua gương phẳng' từ Mytour cung cấp những kiến thức cơ bản trong Vật lý lớp 7. Mặc dù đây là kiến thức cơ bản, nó thường gây khó khăn cho học sinh. Mytour hy vọng bài viết này sẽ hỗ trợ các em trong việc học tập và ứng dụng kiến thức vào thực tế. Cảm ơn bạn đọc đã theo dõi bài viết!